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電感器是能夠把電能轉化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結構類似於變壓器,但只有一個繞組。電感器具有一定的電感,它只阻止電流的變化。如果電感器中沒有電流通過,則它阻止電流流過它;如果有電流流過它,則電路斷開時它將試圖維持電流不變。電感器又稱扼流器、電抗器、動態電抗器。

 

1 電感器 -基本介紹

電感器電感器

用絕緣導線繞制的各種線圈稱為電感。用導線繞成一匝或多匝以產生一定自感量的電子元件,常稱電感線圈或簡稱線圈。電感器在電子線路中應用廣泛,為實現振蕩、調諧、耦合、濾波、延遲、偏轉的主要元件之一。為了增加電感量、提高Q值並縮小體積,常在線圈中插入磁芯。

在高頻電子設備中,印製電路板上一段特殊形狀的銅皮也可以構成一個電感器,通常把這種電感器稱為印製電感或微帶線。在電子設備中,經常可以看到有許多磁環與連接電纜構成一個電感器(電纜中的導線在磁環上繞幾圈作為電感線圈),它是電子電路中常用的抗干擾元件,對於高頻雜訊有很好的屏蔽作用,故被稱為吸收磁環,由於通常使用鐵氧體材料製成,所以又稱鐵氧體磁環(簡稱磁環)。

最原始的電感器是1831年英國M.法拉第用以發現電磁感應現象的鐵芯線圈。1832年美國的J.亨利發表關於自感應現象的論文。人們把電感量的單位稱為亨利,簡稱亨。19世紀中期,電感器在電報、電話等裝置中得到實際應用。1887年德國的H.R.赫茲,1890年美國N.特斯拉在實驗中所用的電感器都是非常著名的,分別稱為赫茲線圈和特斯拉線圈。

自感與互感

(一)自感
當線圈中有電流通過時,線圈的周圍就會產生磁場。當線圈中電流發生變化時,其周圍的磁場也產生相應的變化,此變化的磁場可使線圈自身產生感應電動勢(電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓),這就是自感。
(二)互感
兩個電感線圈相互靠近時,一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈,這種影響就是互感。互感的大小取決於電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度。

2 電感器 -基本結構

電感器電感器—圖示
電感器的結構與特點電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心等組成。

1.骨架:骨架泛指繞制線圈的支架。一些體積較大的固定式電感器或可調式電感器(如振蕩線圈、阻流圈等),大多數是將漆包線(或紗包線)環繞在骨架上,再將磁心或銅心、鐵心等裝入骨架的內腔,以提高其電感量。骨架通常是採用塑料、膠木、陶瓷製成,根據實際需要可以製成不同的形狀。小型電感器(例如色碼電感器)一般不使用骨架,而是直接將漆包線繞在磁心上。空心電感器(也稱脫胎線圈或空心線圈,多用於高頻電路中)不用磁心、骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上繞好后再脫去模具,並將線圈各圈之間拉開一定距離。

2.繞組:繞組是指具有規定功能的一組線圈,它是電感器的基本組成部分。繞組有單層和多層之分。單層繞組又有密繞(繞制時導線一圈挨一圈)和間繞(繞制時每圈導線之間均隔一定的距離)兩種形式;多層繞組有分層平繞、亂繞、蜂房式繞法等多種。

3.磁心與磁棒磁心與磁棒一般採用鎳鋅鐵氧體(NX系列)或錳鋅鐵氧體(MX系列)等材料,它有「工」字形、柱形、帽形、「E」形、罐形等多種形狀。

4.鐵心鐵心材料主要有硅鋼片、坡莫合金等,其外形多為「E」型。

5.屏蔽罩為避免有些電感器在工作時產生的磁場影響其它電路及元器件正常工作,就為其增加了金屬屏幕罩(例如半導體收音機的振蕩線圈等)。採用屏蔽罩的電感器,會增加線圈的損耗,使Q值降低。

6.封裝材料有些電感器(如色碼電感器、色環電感器等)繞制好后,用封裝材料將線圈和磁心等密封起來。封裝材料採用塑料或環氧樹脂等。

3 電感器 -基本分類

電感器電感器
主要類型

一、小型固定電感器:小型固定電感器通常是用漆包線在磁心上直接繞制而成,主要用在濾波、振蕩、陷波、延遲等電路中,它有密封式和非密封式兩種封裝形式,兩種形式又都有立式和卧式兩種外形結構。

1.立式密封固定電感器立式密封固定電感器採用同向型引腳,國產有LG和LG2等系列電感器,其電感量範圍為0.1—2200μH(直標在外殼上),額定工作電流為0.05—1.6A,誤差範圍為±5%—±10%。進口有TDK系列色碼電感器,其電感量用色點標在電感器表面。

2.卧式密封固定電感器卧式密封固定電感器採用軸向型引腳,國產有LG1、LGA、LGX等系列。LG1系列電感器的電感量範圍為0.1—22000μH(直標在外殼上),額定工作電流為0.05—1.6A,誤差範圍為±5%—±10%。LGA系列電感器採用超小型結構,外形與1/2W色環電阻器相似,其電感量範圍為0.22~100μH(用色環標在外殼上),額定電流為0.09—0.4A。LGX系列色碼電感器也為小型封裝結構,其電感量範圍為0.1—10000μH,額客電流分為50mA、150mA、300mA和1.6A四種規格。

二、可調電感器常用的可調電感器有半導體收音機用振蕩線圈、電視機用行振蕩線圈、行線性線圈、中頻陷波線圈、音響用頻率補償線圈、阻波線圈等。

線圈分類

1、按導磁體性質分類:空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。
2、按工作性質分類:天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉。
3、按繞線結構分類:單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。
4、按電感形式分類:固定電感線圈、可變電感線圈。

4 電感器 -工作原理

電感器銅線圈
電感是導線內通過交流電流時,在導線的內部周圍產生交變磁通,導線的磁通量與生產此磁通的電流之比。

當電感中通過直流電流時,其周圍只呈現固定的磁力線,不隨時間而變化;可是當在線圈中通過交流電流時,其周圍將呈現出隨時間而變化的磁力線。根據法拉弟電磁感應定律—磁生電來分析,變化的磁力線在線圈兩端會產生感應電勢,此感應電勢相當於一個「新電源」。當形成閉合迴路時,此感應電勢就要產生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產生的磁力線總量要力圖阻止磁力線的變化的。磁力線變化來源於外加交變電源的變化,故從客觀效果看,電感線圈有阻止交流電路中電流變化的特性。電感線圈有與力學中的慣性相類似的特性,在電學上取名為「自感應」,通常在拉開閘刀開關或接通閘刀開關的瞬間,會發生火花,這自感現象產生很高的感應電勢所造成的。

總之,當電感線圈接到交流電源上時,線圈內部的磁力線將隨電流的交變而時刻在變化著,致使線圈產生電磁感應。這種因線圈本身電流的變化而產生的電動勢,稱為「自感電動勢」。由此可見,電感量只是一個與線圈的圈數、大小形狀和介質有關的一個參量,它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關。

代換原則:1、電感線圈必須原值代換(匝數相等,大小相同)。2、貼片電感只須大小相同即可,還可用0歐電阻或導線代換。

5 電感器 -比較區別

電感器電感器
電感和磁珠的聯繫與區別

1、電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件;
2、電感多用於電源濾波迴路,磁珠多用於信號迴路,用於EMC對策;
3、磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾,而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾,兩者都可用於處理EMC、EMI問題;EMI的兩個途徑,即:輻射和傳導,不同的途徑採用不同的抑制方法,前者用磁珠,後者用電感;
4、磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率範圍很少超過50MHZ;
5、電感一般用於電路的匹配和信號質量的控制上,一般地的連接和電源的連接。在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。對信號線也採用磁珠。

磁珠的大小(確切的說應該是磁珠的特性曲線)取決於需要磁珠吸收的干擾波的頻率。磁珠就是阻高頻,對直流電阻低,對高頻電阻高。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的datasheet上一般會附有頻率和阻抗的特性曲線圖。一般以100MHz為標準,比如2012B601,就是指在100MHz的時候磁珠的Impedance為600歐姆。

6 電感器 -電感測量

電感器小型電感器

電感測量的兩類儀器:RLC測量(電阻、電感、電容三種都可以測量)和電感測量儀。

電感的測量:空載測量(理論值)和在實際電路中的測量(實際值)。由於電感使用的實際電路過多,難以類舉。只有在空載情況下的測量加以解說。電感量的測量步驟(RLC測量):

1、熟悉儀器的操作規則(使用說明),及注意事項。
2、開啟電源,預備15—30分鐘。
3、選中L檔,選中測量電感量
4、把兩個夾子互夾並複位清零
5、把兩個夾子分別夾住電感的兩端,讀數值並記錄電感量
6、重複步驟4和步驟5,記錄測量值。要有5—8個數據。
7、比較幾個測量值:若相差不大(0.2uH)則取其平均值,記得電感的理論值;若相差過大(0.3uH)則重複步驟2—步驟6,直到取到電感的理論值。
不同的儀器能測量的電感參數都有一些出入。因此,做任何測量前的熟悉所使用測量儀器,了解儀器能做什麼,然後按照它給你的操作說明去做即可。

7 電感器 -性能參數

電感器電感器

電感器的基本參數有電感量、品質因數、固有電容量、穩定性、通過的電流量和使用頻率等。

(1)標稱電感量:電感器上標註的電感量的大小。表示線圈本身固有特性,主要取決於線圈的圈數,結構及繞制方法等,與電流大小無關,反映電感線圈存儲磁場能的能力,也反映電感器通過變化電流時產生感應電動勢的能力,單位為亨(H)。

(2)允許誤差:電感的實際電感量相對於標稱值的最大允許偏差範圍稱為允許誤差。

(3)感抗XL:電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL,單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關係為XL=2πfL。

(4)品質因素Q:表示線圈質量的一個物理量,Q為感抗XL與其等效的電阻的比值,即:Q=XL/R.線圈的Q值愈高,迴路的損耗愈小。線圈的Q值與導線的直流電阻,骨架的介質損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應的影響等因素有關,線圈的Q值通常為幾十到一百。

(5)額定電流:額定電流是指能保證電路正常工作的工作電流。

(6)標稱電

(7)分佈電容(寄生電容)

8 電感器 -判斷標準

電感器線路圖
標註方法

1、直標法:在電感線圈的外殼上直接用數字和文字標出電感線圈的電感量,允許誤差及最大工作電流等主要參數。
2、色標法:色標法:即用色環表示電感量,單位為mH,第一二位表示有效數字,第三位表示倍率,第四位為誤差。

好壞判斷

1、電感測量:將萬用表打到蜂鳴二極體檔,把表筆放在兩引腳上,看萬用表的讀數。
2、好壞判斷:對於貼片電感此時的讀數應為零,若萬用表讀數偏大或為無窮大則表示電感損壞。

對於電感線圈匝數較多,線徑較細的線圈讀數會達到幾十到時幾百,通常情況下線圈的直流電阻只有幾歐姆。損壞表現為發燙或電感磁環明顯損壞,若電感線圈不是嚴重損壞,而又無法確定時,可用電感表測量其電感量或用替換法來判斷。

9 電感器 -注意事項

電感器固定電感器 EL SP TDK
影響因素

(1)、匝數:膝包線的圈數,圈數越多,電感量越大。
(2)、橫截面積:膝包線的粗細,越粗電感量越大。
(3)、有無芯。

使用注意

一、電感類元件,其鐵心與繞線容易因溫升效果產生感量變化,需注意其本體溫度必須在使用規格範圍內.。
二、電感器之繞線,在電流通過後容易形成電磁場。在元件位置擺放時,需注意使相臨之電感器彼此遠離,或繞線組互成直角,以減少相互間之感應量。
三、電感器之各層繞線間,尤其是多圈細線,亦會產生間隙電容量,造成高頻信號旁路,降低電感器之實際濾波效果。
四、以儀錶測試電感值與Q值時,為求數據正確,測試引線應盡量接近元件本體。.

10 電感器 -主要作用

電感器電感器
電感線圈阻流作用:電感線圈線圈中的自感電動勢總是與線圈中的電流變化抗。電感線圈對交流電流有阻礙作用,阻礙作用的大小稱感抗XL,單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關係為XL=2πfL,電感器主要可分為高頻阻流線圈及低頻阻流線圈。

調諧與選頻作用:電感線圈與電容器並聯可組成LC調諧電路。即電路的固有振蕩頻率f0與非交流信號的頻率f相等,則迴路的感抗與容抗也相等,於是電磁能量就在電感、電容來回振蕩,這LC迴路的諧振現象。諧振時電路的感抗與容抗等值又反向,迴路總電流的感抗最小,電流量最大(指f="f0"的交流信號),LC諧振電路具有選擇頻率的作用,能將某一頻率f的交流信號選擇出來。

電感器還有篩選信號、過濾雜訊、穩定電流及抑制電磁波干擾等作用。

在電子設備中,經常看到有的磁環,這種磁環與連接電纜構成一個電感器(電纜中的導線在磁環上繞幾圈電感線圈),它是電子電路中常用的抗干擾元件,高頻雜訊有很好的屏蔽作用,故被稱為吸收磁環,通常使用鐵氧體材料製成,又稱鐵氧體磁環(簡稱磁環)。磁環在不同的頻率下有不同的阻抗特牲。在低頻時阻抗很小,當信號頻率升高后磁環的阻抗急劇變大。

根據物理學原理,信號頻率越高,越輻射出去,而的信號線都是沒有屏蔽層的,這些信號線就成了很好的天線,接收周圍環境中各種雜亂的高頻信號,而這些信號疊加在傳輸的信號上,甚至會改變傳輸的有用信號,嚴重干擾電子設備的正常工作,降低電子設備的電磁干擾(EM)已經是考慮的問題。在磁環作用下,即使正常有用的信號順利地通過,又能很好地抑制高頻於擾信號,而且成本低廉。

11 電感器 -應用領域

電感器電感器
小型電感器在手機、數字機頂盒、藍牙耳機、液晶電視、汽車電子、工業控制等領域,應用廣泛,存在著巨大的市場潛力。僅就片式電感器而言,2007年的市場需求量達到3,000億隻以上,價值約300億元人民幣。

隨著市場的不斷細分,逐步出現了多種針對特定應用領域的小型電感器。在數據系統和工業電子應用中,負載點電源的需求量大增,為大功率、小尺寸的電感帶來了發展機遇。

TDKMLK1005S3N9S、MLF1608A100KT等型號的積層電感,廣泛應用於高頻環境,市場銷售情況良好;而應用於藍牙耳機、無線網卡之類的帶通濾波器、平衡/非平衡變壓器的TDKHHM1517、HHM1520,也有著廣闊的市場前景。

12 電感器 -產品特性

電感器電感器
電感器的特性與電容器的特性正好相反,它具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性。直流信號通過線圈時的電阻就是導線本身的電阻壓降很小;當交流信號通過線圈時,線圈兩端將會產生自感電動勢,自感電動勢的方向與外加電壓的方向相反,阻礙交流的通過,所以電感器的特性是通直流、阻交流,頻率越高,線圈阻抗越大。電感器在電路中經常和電容器一起工作,構成LC濾波器、LC振蕩器等。另外,人們還利用電感的特性,製造了阻流圈、變壓器、繼電器等。

通直流:指電感器對直流呈通路關態,如果不計電感線圈的電阻,那麼直流電可以「暢通無阻」地通過電感器,對直流而言,線圈本身電阻很對直流的阻礙作用很小,所以在電路分析中往往忽略不計。

阻交流:當交流電通過電感線圈時電感器對交流電存在著阻礙作用,阻礙交流電的是電感線圈的感抗。

13 電感器 -發展態勢

電感器電感器
隨著電子產品小型化的發展,電感器的體積已減小到物理極限。未來電感器的發展方向是集成化,電感器將與其它分立器件一起組合成複雜模塊,為客戶提供便於使用的完整系統。技術未突破前仍以小型化分立器件為主,要實現集成化還有一段距離。

為順應未來發展方向,各大廠商不斷改進電感器的製造工藝,擴大產能,滿足不斷增長的市場需求。據TDK公布的2006財年中期聯合業績顯示,TDK的電感器銷售額同比增長了27%,帶動了TDK整體業務的增長。而這種增長在TDK分銷商的銷售業績中得到了印證,小型電感器的市場需求量在不斷增長,加上電感器生產廠商不斷增加產品的附加值,這些都為小型電感器提供了成長空間。因此,在現貨市場上,小型電感產品的市場份額呈現上升態勢。在控制生產成本方面,中國本土製造廠商具有得天獨厚的優勢。

除了原材料價格上漲之外,RoHS指令也為小型電感器生產廠商帶來了成本壓力。但隨著各大廠商的努力,RoHS等環保指令帶來的影響,正被逐漸解決,已經不是影響小型電感器發展的主要因素。然而,隨著市場的發展,電感器件的小型化已經達到了極限,如何在不增加成本的情況下,進一步縮小電感器的體積,是眾多電感生產廠商共同思考的問題。不少電感生產廠商認為,集成化是小型電感器件的未來發展趨勢。將電感器與其它器件集成到一個複雜的模塊,進而組合成一個完整的系統,既可以減少體積,又可以降低成本。但小型電感器要實現集成化,仍需時日。

14 電感器 -產品圖例

電感器工型電感器
電感器色碼電感器
電感器電感器

 

電感器電感器
  
 
電感器一體成型電感
 
 
電感器大電流電感
 

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